admin 宇宙质量的起源究竟是怎么样的呢？相信很多人都曾经思考过这样一个问题，最终由六个人回答了这个困惑无数物理学家的问题，建立了赋予粒子质量的机制——希格斯机制，希格斯机制也成为了宇宙大一统的一把极为重要的钥匙。
1954年，物理学史上对于宇宙大一统的研究迈出了重要的一步，杨振宁和米尔斯提出了著名的影响了 20 世纪下半叶物理研究走向的杨·米尔斯理论。
杨·米尔斯理论起源于对电磁相互作用的分析，但是杨振宁却没有和爱因斯坦一样执着于引力和电磁力的统一，而是构建了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论。
杨振宁和米尔斯后来尝试将量子电动力学的概念推广到非阿贝尔规范群，非阿贝尔群在数学和物理中广泛存在，又称为为非交换群。
规范场论原本是是基于对称变换可以局部也可以全局地施行这一思想的一类物理理论。但杨振宁和米尔斯却极大地推广了场和荷的含义。他们设想了一种更为复杂的荷(当然不能再叫电荷了)和它们所产生的场以解释强相互作用。这些荷和场都不是普通的实数能表示的，它们是一些矩阵。矩阵的乘法是不能交换的，这种乘法的不交换性叫“非阿贝尔”的。因此也叫非阿贝尔规范场。
量子理论里力学变量可以表示成矩阵。但这里说的场和荷表示成矩阵不是由于量子化的结果，而是在经典物理的意义上它们就是矩阵。但在当时，
1960年，当时由戈德斯通、南部和乔瓦尼·乔纳-拉希尼欧等人开始运用对称性破缺的机制,从零质量粒子的理论中去得到带质量的粒子,这个时候，杨·米尔斯理论的重要性彻底凸显。
比如外尔费米子是仅有一个磁极且没有质量的粒子
这促使了杨·米尔斯理论研究的火热，为后面的电弱统一理论以及量子色动力学（强相互作用）奠定了基础，也为所有已知粒子及其相互作用提供了一个框架。爱因斯坦后半生苦苦思索的统一场论，终于在杨振宁这里迈出了坚实的一步。然而杨·米尔斯理论也是有缺陷的。
1954年杨振宁到普林斯顿研究院作报告，泡利就一针见血地指出杨·米尔斯理论存在质量问题。
因为规范理论中的传播子都是没有质量的，否则便不能保持规范不变。电磁规范场的作用传播子是光子，光子没有质量。但是，强相互作用不同于电磁力，引力和电磁力都属于长程力,强弱相互作用都是短程力，短程力的传播粒子一定有质量，杨·米尔斯理论的量子必须质量为零以维持规范不变性。如果其作用粒子质量为零,则其作用是长程作用力。然而实验上没有观察到长程力的的作用。
这个时候众多科学家都开始来对杨·米尔斯理论的修补工作，其中也包括希格斯。1964 年，仅仅只有 23 岁的希格斯写了一篇短小的论文，发表在欧洲核子研究中心（CERN）办的刊物《物理学通信》上刊登。随后他又写了一篇论文投给《物理学通信》，描述一种自己设想的理论模型，就是现在被称为“希格斯机制”的模型，但被编辑打回。
与此同时，还有另外两组科学家也独立地提出了希格斯机制，一组为弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特，一组为为杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔。这三个人的工作各有侧重。
恩格勒和罗伯特首次提出了量子场方程，这种无形的场弥漫于整个宇宙，使得粒子得到了质量，从而形成了如今的宇宙。，这种场也被称为“希格斯场”，相应的机制被称为“希格斯机制”。
而希格斯则指出这个场中的涟漪会表现为一种新的粒子。这种粒子被命名为“希格斯粒子”，又被称为“上帝粒子”。
希格斯粒子
至于古拉尼他们，将这些概念整合成了一种更为现实的理论，也就是标准模型的前身。
当时的粒子物理学遭遇到了极大的困境，一是没有办法在理论上解释矢量玻色子怎样获得了质量，而这些有质量的矢量玻色子是标准模型所需要的；二是没有在实验上发现对称性自发破缺所应该出现的零质量的戈德斯通玻色子。
我们要知道物质的基本结构是费米子，而物质之间的基本相互作用却由玻色子来传递，基本玻色子有传递基本相互作用的胶子、光子、Z、引力子以及给其他基本粒子提供质量的希格斯粒子。
复合玻色子由偶数个费米子组成，常见的有介子、氘核、氦-4等。按照自旋和宇称量子数，可以分成标量、赝标量、矢量和轴矢量粒子等。所以破解玻色子的奥秘是当时粒子物理学的重要工作。
而希格斯机制的提出不仅修补了杨·米尔斯理论的漏洞，也解决来粒子物理学的当前困境。
希格斯机制是一种生成质量的机制，能够使基本粒子获得质量。为什么费米子、W玻色子、Z玻色子具有质量，而光子、胶子的质量为零？希格斯机制可以解释这问题。希格斯机制应用自发对称性破缺来赋予规范玻色子质量，从而解决了杨·米尔斯理论要求规范玻色子是零质量的，但是最终观测到W和Z玻色子是有质量的问题。
在规范场论里，为了满足局域规范不变性，必须设定规范玻色子的质量为零。由于希格斯场的真空期望值不等于零，造成自发对称性破缺，假若将局域规范不变性与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，因此规范玻色子会获得质量，同时生成一种零质量玻色子，称为戈德斯通玻色子，而希格斯玻色子则是伴随着希格斯场的粒子，是希格斯场的振动。通过选择适当的规范，戈德斯通玻色子会被抵销，只存留带质量希格斯玻色子与带质量规范矢量场。
费米子也是因为与希格斯场相互作用而获得质量，但它们获得质量的方式不同于W玻色子、Z玻色子的方式。在规范场论里，为了满足局域规范不变性，必须设定费米子的质量为零。通过汤川耦合，费米子也可以因为自发对称性破缺而获得质量。
固体材料中实验发现的三种费米子
1967年，史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆分别应用希格斯机制来打破电弱对称性，1968年S.温伯格、A.萨拉姆在S.L.格拉肖电弱统一模型的基础上建立了电弱统一的完善理论。
他们还应用希格斯机制分别发现传递弱作用力的W及Z玻色子具有质量，而传递电磁作用力的光子不具有质量。
电弱统一理论提出之后，1973 年，物理学家格罗斯又发现了强相互作用，宇宙的四大基本相互作用自此全部被科学家所知。
所以，理论物理学家开始尝试建立统一的模型，以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子。物理学家建立了一套被称为标准模型的粒子物理学理论，该模型把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类，预言了62种基本粒子的存在，而这些粒子基本都已被实验所证实。但这个模型的致命缺陷是无法解释物质质量的来源。
希格斯机制复标量场之结构模型图
而希格斯机制中希格斯场的存在，则解决了这个问题，希格斯场预言了希格斯玻色子的存在。希格斯机制认为格斯玻色子是物质的质量之源，其他粒子在它构成的场中， 某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量 。 而希格斯玻色子是希格斯场的振动。此后所有的粒子在除引力外的后3种力的框架内相互作用，统一在标准模型之下。这个理论看似完美和谐，但存在一个非常重要的问题——希格斯玻色子至今仍未被发现。
粒子碰撞示意图
而到了 2012 年 7 月 4 日，欧洲核子研究组织举行专题讨论会与新闻发布会宣布，紧凑μ子线圈发现质量为125.3±0.6GeV的新玻色子，标准差为4.9；超环面仪器发现质量为126.5GeV的新玻色子标准差为4.6。最终被证实确实是上帝粒子——希格斯玻色子。
这一发现意味着希格斯机制的正确性，希格斯机制对于粒子质量的赋予机制是完全成功的，粒子物理的标准模型进一步得到验证，表明到目前为止人类对基本粒子及其相互作用的理解是相当成功的。
希格斯发布会现场激动流泪
希格斯和恩格勒终于在 50 年后，捧走了属于他们的诺贝尔荣誉，而罗伯特却没有等来这份肯定与殊荣，在 2011 年去世。
希格斯机制和希格斯粒子除了可以解释矢量玻色子具有质量，还可以解释夸克、轻子等基本粒子具有质量，有了它，质子、电子、原子、分子、人、地球、太阳、各种天体等自然界万物才能具有质量，我们才能得以存在。
上帝粒子的发现。也证实了希格斯机制对杨·米尔斯理论修补工作的正确性，杨·米尔斯理论就可以完整的描述强力、弱力和电磁力了。不过杨·米尔斯理论相应的数学理论还没有建立起来。他们的既描述重粒子、又在数学上严格的方程没有已知的解。
特别是，被大多数物理学家所确认、并且在他们的对于“夸克”的不可见性的解释中应用的“质量缺口”假设，从来没有得到一个数学上令人满意的证实。该假设提供了电子为什么有质量的一种解释。质量缺口假设的完全解决将提供严格的理论证明，也将阐明物理学家尚未完全理解的自然界的基本方面。此前物理学家只能观察到电子有质量，却无法解释电子的质量从何而来。在这一问题上的进展需要在物理上和数学上两方面引进根本上的新观念。
五夸克粒子
而杨·米尔斯理论的完善，势必会解决引力无法统一的问题，从而引来真正的宇宙大一统时代，而质量的起源或质量的创始也将彻底归功于希格斯机制，希格斯机制也将成为宇宙质量的制定者。